简单介绍一下恒电位仪电路

通用仪表用电路

恒电位仪是电化学、电分析测试中最基本的仪器。恒电位仪电路也是许多专用电化学测试仪器的核心。恒电位是一个把工作电极和参比电极之间的电位控制在某一固定电位和所选电位的装置。有几种可能的结构，图2-3给出了最简单的一种，利用它概述了有关原理。图2-3中电解池被近似化为一种溶液电阻与双层电容串联的极为简单的等效电路。可以看到这一装置只是一个简单的电压跟随器，它将参考电极和工作电极的输出电压保持在程序设定的电位E1。处于接地电位的工作电极相对参比电极有一个-E1的电位。因此输入电压在电池中被倒了相。但在这一回路中没有给出测量通过电解池电流的装置，而在图2-4中，我们给出了一种更好的设计。

暂时忽略放大器2和3，与图2-3中的电

流回路比较立即可以看到放大器1在倒相加法

器结构中是控制放大器。此电路用来保持累加

点S处于虚地，这样可设定电压E1和E2，使

其在参比电极和接地之间进行倒相、累加和控

制。工作电极的电位由放大器3保持在虚地状

态，这样工作电极相对参比电极的电位为

+(E1+E2)，在这种恒电位仪中没有符号转化。

在电化学系统中反馈电路含有参比电极，恒电

位仪的输入电流不能大到足以极化这一电极。

在此，通过在反馈回路中包括一个电压跟随器

(放大器2)作为阻抗匹配单元，利用运算放大器的高输入阻抗特性就做到了这一点。这样参比电极上所通过的电流只能归之于运算放大器的输入阻抗和输入偏流。一般商品参比电极在其设计中有陶瓷栓塞，这样参比电极的电阻可以很容易地达到1MΩ值。典型的实际双极运算放大器输入偏流为10-}A数量级，这使电位偏差0.1V。参比电极和非倒相输入间的高阻抗使这一部分电路对电源的交流噪声极为敏感，它无法从信号中分离出来。为了减小这一点，参比电极的引线应是屏蔽的，且将电压跟随器尽可能靠近电极。放大器3用来实现电流到电压的转换，用来测定流过电池的电流，并以电压形式显现出来，输出Eout，简单地表示为乘积。全部电解池电流都流过反馈电阻。运算放大器应选用具有极为低的输入偏流，因为这是测量中误差的主要来源，尤其小电流更是如此。用放大器3实现的电流电压转换器一般是一种低频装置，在高频时它不稳定。在此，有两个方面需要加以考虑:首先，电流电压转换器在控制放大器的反馈回路中是一有源装置，有必要仔细地设计接地方法;其次，实际运算放大器的输入阻抗中含有其输入端间的杂散电容和电感。这些将引起可能导致振荡的相移。

测量电流的另一种电路是在控制放大器的反馈回路中放置一电阻器，并且用差分放大器测量它两端的电压，见图2-5。电压跟随器用作阻抗变换器，并能防止电解池电流对地进行分流。如果这些是FET运算放大器，Rf就可能大到1 MΩ , Rf两端产生的电位由差分放大器测量。当R1=R2=R3=R4时，则电解池的电流为Eout/Rf。要注意选择Rf使其不超出恒电位仪的输出电压限。对理想的差分放大器，Eout只与(E1-E2)有关，而与相对于地的输入电位的绝对值无关。